基于納米光子鈮酸鋰的芯片級超快鎖模激光器。圖片來源：阿里雷扎·馬蘭迪

據(jù)《科學》雜志新發(fā)表的一篇封面文章介紹，美國紐約市立大學研究人員展示了一種在納米光子芯片上創(chuàng)建高性能超快激光器的新方法。這種小型化鎖模激光器，能以飛秒（萬億分之一秒）間隔發(fā)射一系列超短相干光脈沖。

超快鎖模激光器可有助解開自然界最快時間尺度的秘密，例如化學反應過程中分子鍵的形成或斷裂，或者湍流介質中的光傳播。鎖模激光器的高速、脈沖峰值強度和廣譜覆蓋范圍也使得許多光子技術成為可能，包括光學原子鐘、生物成像以及利用光計算和處理數(shù)據(jù)的計算機。

但目前最先進的鎖模激光器仍然屬于極為昂貴的、功率要求高的桌面系統(tǒng)，僅限于實驗室使用。新研究的目標就是將其轉變?yōu)榭膳可a(chǎn)和現(xiàn)場部署的芯片大小的系統(tǒng)。

此次研究人員利用了一種薄膜鈮酸鋰（TFLN）新興材料平臺，對其施加外部射頻電信號就可有效地整形和精確控制激光脈沖。團隊將III-V族半導體的高激光增益和TFLN納米級光子波導的高效脈沖整形能力結合起來，研制出一種發(fā)射0.5瓦高輸出峰值功率的激光器。

除了像指尖般大小的緊湊尺寸之外，新展示的鎖模激光器還表現(xiàn)出許多傳統(tǒng)激光器無法達到的特性，例如只要調節(jié)泵浦電流，其就能在200兆赫茲的寬范圍內(nèi)精確調諧輸出脈沖的重復頻率。團隊希望通過激光器的強大可重構性，實現(xiàn)芯片級、頻率穩(wěn)定的梳狀源，這對于精密傳感至關重要。

這一成果的實用性包括可使用手機診斷眼部疾病，或分析食物和環(huán)境中的大腸桿菌以及危險病毒，并可在GPS受損或不可用時實現(xiàn)導航。

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